Способ термомагнитной обработки деталей из бериллиевой бронзы
Владельцы патента RU 2401879:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для термической обработки деталей из бериллиевой бронзы. Детали нагревают до температуры 400±5°С и осуществляют старение в течение 1±0,5 ч при воздействии импульсного магнитного поля с амплитудой напряженности 7±0,5 кЭ, частотой от 1 до 7 Гц и отношением t1/t2~1,5-2, где t1 - время импульса, t2 - время паузы. Обеспечивается повышение пластичности бронзы. 2 табл.
Изобретение относится к области металлургии и термической обработки медных сплавов.
Известен способ проведения термической обработки материалов [Малыгин Б.В. Магнитное упрочнение инструмента и деталей машин. - М.: Машиностроение, 1989, с.93-97]. Способ заключается в помещении деталей из металлических сплавов в индуктор и обработке их импульсами магнитного поля различной напряженности, длительности и количества. Недостатками этого способа являются конструктивная сложность используемого оборудования, включающего блоки формирователя импульсов, программные устройства и др., высокие напряженности накладываемых полей и невозможность изменения и получения однородной структуры сплава после обработки.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ термической обработки деталей из медных сплавов [Покоев А.В., Осинская Ю.В. Способ термической обработки деталей из медных сплавов, патент на изобретение №2218423 от 13.11.01], заключающийся в нагреве деталей из медных сплавов до 350±5°С и старении в течение 0,17-2 ч в однородном постоянном магнитном поле напряженностью 7±0,5 кЭ, при этом достигаются значения микротвердости от 340 до 428 кг/мм2.
Недостатком этого способа является недостаточно высокие значения параметров, характеризующих пластические свойства материала.
Задачей изобретения является повышение пластичности бериллиевой бронзы после термомагнитной обработки.
Указанная задача достигается тем, что в способе термомагнитной обработки деталей из бериллиевой бронзы, при котором их нагревают до температуры 400±5°С, старят (выдерживают) в течение 1 ч, одновременно со старением деталь подвергается воздействию импульсного магнитного поля с амплитудой напряженности 7±0,5 кЭ, частотой импульсного магнитного поля от 1 до 7 Гц и отношением t1/t2~l,5-2, где t1 - время импульса, где t2 - время паузы. Предварительно перед старением детали подвергали закалке с температуры 800°С в воду с температурой 20°С.
При решении поставленной задачи создается результат, который заключается в следующем. При воздействии на детали из бериллиевой бронзы импульсного магнитного поля при повышенной температуре происходит изменение кинетики старения сплава, приводящее к изменению структуры сплава, так что его пластичность существенным образом увеличивается.
Пример конкретного выполнения - образец из бериллиевой бронзы БрБ-2 старили в импульсном магнитном поле и без него при температуре 400±5°С, времени старения 1 ч с амплитудой напряженности импульсного магнитного поля 7±0,5 кЭ, частотой импульсного магнитного поля от 1 до 7 Гц и отношением t1/t2~1,5-2, где t1 - время импульса, где t2 - время паузы. Предварительно перед старением образцы подвергали закалке с температуры 800°С в воду с температурой 20°С.
Старение проводили на установке, позволяющей осуществлять его в вакууме в импульсном магнитном поле, создаваемом электромагнитом ФЛ-1 с электронным блоком питания и управления. Форму сигнала импульсного магнитного поля можно описать следующим выражением:
где H1- амплитуда импульсной гармонической составляющей магнитного поля, f - частота магнитного поля, t1 - время импульса; t2 - время паузы (задержки импульса), t1/t2≅1,5-2.
После старения на образцах, состаренных в поле и без него, измеряли среднее значение микротвердости (в кг/мм2), результаты представлены в Таблице №1 «Результаты измерений микротвердости в зависимости от частоты импульсного магнитного поля при времени старения 1 ч и температуре 400°С», средний размер блоков когерентного рассеяния (D), относительную микродеформацию (Δd/d) и плотность дислокации (ρ), результаты представлены в Таблице №2 «Результаты измерений методом рентгеноструктурного анализа».
| Таблица 1 Результаты измерений микротвердости в зависимости от частоть импульсного магнитного поля при времени старения 1 ч и температуре 400°С |
||||
| Температура отжига, °С | Время отжига, ч | Напряженность, кЭ | Частота, Гц | Нµ±ΔНµ, кг/мм2 |
| 400 | 1 | 0 | 0 | 298±4 |
| 400 | 1 | 7 | 0 | 381±7 |
| 400 | 1 | 7 | 1 | 263±4 |
| 400 | 1 | 7 | 2 | 250±3 |
| 400 | 1 | 7 | 3 | 252±3 |
| 400 | 1 | 7 | 4 | 271±7 |
| 400 | 1 | 7 | 5 | 295±18 |
| 400 | 1 | 7 | 6 | 239±3 |
| 400 | 1 | 7 | 7 | 277±7 |
Среднее значение микротвердости в закаленном состоянии составляло 122 кг/мм2. Из Таблицы №1 видно, что наложение импульсного магнитного поля на все режимы термомагнитной обработки всегда приводит к заметному увеличению пластичности сплава и к уменьшению среднего значения микротвердости на 86-142 кг/мм2, т.е. на 23-37% по сравнению с образцами, состаренными в постоянном магнитном поле и на 3-59 кг/мм2, т.е. на 1-20% по сравнению с образцами, состаренными без наложения поля. Из Таблицы №2 видно, что после термомагнитной обработки зависимости параметров тонкой структуры коррелируют с зависимостью микротвердости, что подчиняется основным закономерностям процесса старения. Таким образом, установлено, что наложение импульсного магнитного поля в интервале частот от 1 до 7 Гц на старение бериллиевой бронзы БрБ-2 всегда приводит к увеличению пластичности бериллиевой бронзы БрБ-2, т.е. к уменьшению микротвердости сплава.
| Таблица 2 Результаты измерений методом рентгеноструктурного анализа |
||||||
| Температура отжига, °С | Время отжига, ч | Напряженность, кЭ | Частота, Гц | D, нм | ρ·10-10, 1/см2 | Δd/d·104 |
| 400 | 1 | - | - | 230 | 5,6 | 4,2 |
| 400 | 1 | 7 | - | 146 | 17,3 | 1,4 |
| 400 | 1 | 7 | 1 | 118 | 8,3 | 2,2 |
| 400 | 1 | 7 | 2 | 146 | 6,7 | 1,4 |
| 400 | 1 | 7 | 3 | 153 | 6,4 | 1,3 |
| 400 | 1 | 7 | 4 | 146 | 6,7 | 1,4 |
| 400 | 1 | 7 | 5 | 160 | 6,1 | 1,2 |
| 400 | 1 | 7 | 6 | 146 | 6,6 | 1,4 |
| 400 | 1 | 7 | 7 | 203 | 4,8 | 0,7 |
Использование заявляемого изобретения позволяет повысить пластичность сплава до 20% по сравнению с образцами, подвергнутыми термической обработки без наложения магнитного поля.
Способ термомагнитной обработки деталей из бериллиевой бронзы, включающий нагрев и старение в течение 1±0,5 ч с одновременным воздействием магнитного поля, отличающийся тем, что детали нагревают до температуры 400±5°С, а старение проводят при воздействии импульсного магнитного поля с амплитудой напряженности 7±0,5 кЭ, частотой от 1 до 7 Гц и отношением t1/t2~1,5-2, где t1 - время импульса, t2 - время паузы.
